平行-连串与偶连反应对反应器设计的要求

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平行-连串与偶连反应对反应器设计的要求

实验室k / 2019-02-16

平行反应的概念能够引伸到分析更为复杂的反应系统，这包括可逆反应或者平行和连串相结合的反应。可以引用二个例子予以说明。第一个考虑的情况是

A → B → C，A＋A → D

如果B是需要的产物，由连串反应将表明需用管式反应器。另一方面，如果生成不需要产品D的平行反应是比生成B的级数高，那么建议采用搅拌釜。这些矛盾因素意味着对这个问题没有唯一的答案能用以说明什么型式的反应器将得到最大的收率？而将取决于反应速率常数和进料浓度所规定的值。

第二，让我们考虑下列反应系统：

这正如三个二甲苯间的异构化反应的情况一样。有几篇文章”应用矩阵法或其他方法处理这样的系统。从这些表面上是纯理论的数学练习，所得到的结果却有很大的实际意义，因为它指明了如何设计实验，以最快和最正确的方法得到所研究系统的反应速率常数。因为对新的工业过程测定反应动力学常数实在很费事，所以这是一个有价值的新技术。

从实验室反应器估算动力学常数，如果粗心大意就发生错误。另一方面，按照反应器的设计要求，动力学常数常常不一定要求知道得很精确，重要的问题是对设计所需的动力学常数要求精确到什么程度要知道。

最后，可以认为反应是按随机过程进行，而不是按确定性过程进行的。用“概率”方式来考察反应问题已被应用于微生物反应，这些反应是复杂的偶连的反应系统。

例题1 考虑以下在溶液中发生的反应：

A＋B→ C 反应速率 r1＝k1cAcB

C＋B→ D 反应速率 r2＝k2cBcC

间歇反应在开始时溶液中包含浓度为0．1kg mol/m3的A和过量的B，得到以下的分析数据：

	浓度［kg mol/m3］	浓度［kg mol/m3］
时间	cA	cC
t1	0.055	0.038
t2	0.01	0.042

试问k2/k1的比值为多少？在间歇反应时c的最大浓度将是多少？A的转化率为多少？

〔答案：0．52，0．049kg mol/m3，80%〕

例题2 讨论由以上反应生成C的情况？（a）如果A在釜内，B缓慢地加入；（b）如果B在釜内，A缓慢地加入。

例题3 在反应物A（贵重的）和B（比较便宜）之间进行的液相反应。反应机理如下：

这种反应机理并不表示化学计量关系，也不表示反应级数。

（a）C是有价值的产品；D、E、F是没有什么价值的。

（b）在一个或几个反应内生成水，并且已经知道它对于C的收率是有害的。

（c）过程是强放热的，面某些副产物是焦油状物并会沉积在表面上。

试讨论在设计反应器前你还将试图得到些什么补充的实验数据，并描述这些数据如何影响你的设计。

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